(57)【要約】【課題】容器入りの液体が飲料用液体のような含水性の液体か、または、非含水性の引火性液体かを合理的に判別し得る液体判別装置を簡便安価な構成で提供する。【解決手段】液体判別装置１００は送波部１２から波動エネルギーを通路５２を通して受波部５３に送る。波動エネルギーを亜ミリ波帯の電波または超音波で構成する。通路５２に介在させた容器３１入りの液体３２によって、電波の減衰量、または、超音波の減衰量・遅延量・反射量が変化し、検出信号２１ａが変化する。検出信号２１ａを基準信号２４ａと比較判別した判別信号２３ａを表示部２５に与えて液体３２が非含水性液体の引火性液体である旨を警報する。波動エネルギーが亜ミリ波帯の電波または超音波なので、普通の簡便安価な構成にして提供できる。波動エネルギーが超音波の場合には、金属材の容器３１の場合にも波動エネルギーが極度に減衰しないので有効に判別動作できる。【選択図】          図１
2006017614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波動エネルギーの通路に介在させた液体の種別を前記介在によって生ずる前記波動エネルギーの状態の変化にもとづいて判別するようにした液体判別装置であって、
前記波動エネルギーを亜ミリ波帯の電波によって構成するとともに、前記判別を前記電波の減衰量の変化にもとづいて行う電波減衰量判別手段
を具備することを特徴とする液体判別装置。
【請求項２】
波動エネルギーの通路に介在させた液体の種別を前記介在によって生ずる前記波動エネルギーの状態の変化にもとづいて判別するようにした液体判別装置であって、
前記波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波によって構成するとともに、前記判別を前記超音波の減衰量の変化にもとづいて行う超音波減衰量判別手段
を具備することを特徴とする液体判別装置。
【請求項３】
波動エネルギーの通路に介在させた液体の種別を前記介在によって生ずる前記波動エネルギーの状態の変化にもとづいて判別するようにした液体判別装置であって、
前記波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波によって構成するとともに、前記判別を前記超音波の遅延量の変化にもとづいて行う超音波遅延量判別手段
を具備することを特徴とする液体判別装置。
【請求項４】
波動エネルギーの通路に介在させた液体の種別を前記介在によって生ずる前記波動エネルギーの状態の変化にもとづいて判別するようにした液体判別装置であって、
前記波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波によって構成するとともに、前記判別を前記超音波の反射量の変化にもとづいて行う超音波反射量判別手段
を具備することを特徴とする液体判別装置。
【請求項５】
亜ミリ波帯の電波または超音波を被検査液体に印加する手段と、
前記被検査液体を経た前記電波または超音波を受信する手段と、
前記受信した電波または超音波の減衰量、遅延量および反射量の少なくとも一つを検出して前記被検査液体の種別を判定する手段とを具備することを特徴とする液体判別装置。
【請求項６】
亜ミリ波帯の電波または超音波を被検査液体に印加し、前記被検査液体を透過した電波または超音波を受信してその減衰量、遅延量および反射量の少なくとも一つを検出して前記被検査液体の種別を判別することを特徴とする液体判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波動エネルギーの通路に介在させた液体の種別を当該液体の介在によって生ずる波動エネルギーの状態の変化にもとづいて判別するようにした液体判別装置および方法に関するものであり、特に、当該液体が容器に収納された飲料用のものか否かの判別を行うものである。
【背景技術】
【０００２】
こうした液体判別装置における波動エネルギーの通路として、テラヘルツ電磁波
（１０１４〜１０１６Ｈｚ）の吸収量の変化を測定した測定結果にもとづいて、介在させた液体の種別を判別するようにした構成（以下、第１従来技術という）が周知である。
【０００３】
そして、この第１従来技術では、引火性液体、例えば、ベンジン、ガソリン、灯油、軽油などの場合には上記の吸収量が少なく、非引火性液体、例えば、水などの場合には上記の吸収量が多いことにもとづいて、引火性液体と非引火性液体とを判別している。
【０００４】
また、この判別により、交通機関に乗客が持ち込むペットボトル内の液体検査を行い、非引火性液体の持ち込みを排除して、交通機関内での火災事故を未然に防止するという産業上の利用を行っている。
【０００５】
波動エネルギーの通路に介在する物体を探知するために、その通路をビーム状の通路に形成するとともに、当該物体による波動エネルギーの反射波を測定することにより当該物体の存在を探知する構成、例えば、レーダ、魚群探知機、超音波診断装置などの構成（以下、第２従来技術という）が周知である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０２６６６号公報（第１頁）  この特許文献１は、上記の第１従来技術に用いることができるテラヘルツ電磁波の発生装置の構成を開示している。
【特許文献２】特開２０００−２５８３６３号公報（第２頁）
【非特許文献１】平成１６年３月２８日応用物理学会発行「第５１回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集」第３分冊（第１２２６頁）３０ｐ−Ｎ−８「テラヘルツ分光法による引火性液体の判別」  この非特許文献１は、上記の第１従来技術を開示している。
【非特許文献２】昭和５４年３月３０日電子通信学会発行「電子通信ハンドブック」第２８編第１部門レーダ、第３１編第４部門１．超音波用変換器・発生回路、３・１超音波による計測、第３３編第１部門７・１超音波応用診断装置  この非特許文献２は、上記の第２従来技術を開示している。
【非特許文献３】昭和４０年２月２８日コロナ社発行「無線伝送工学」第４３〜４５頁第２章２．２波動方程式
【非特許文献４】平成１２年８月３０日オーム社発行「光・電磁波工学」第１２頁第２章４．構成方程式
【非特許文献５】平成５年１１月３０日丸善株式会社発行「理科年表  平成６年」第４９６頁液体中の音速度
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の第１従来技術による液体判別装置の構成では、テラヘルツ電磁波を用いているため、テラヘルツ電磁波自体の発生装置の構成が、例えば、上記の特許文献１に開示されているように、複雑なパラメトリック効果により発生する構成を必要としているので、装置を簡便安価に構成できないないという不都合がある。
【０００８】
したがって、こうした複雑な構成を用いずに、簡便安価な構成によって、液体の種別を判別し得るようにした装置の提供が望まれているという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、上記のような波動エネルギーの通路に介在させた液体の種別を当該液体の介在によって生ずる波動エネルギーの状態の変化にもとづいて判別するようにした液体判別装置および方法において、次の解決手段による構成を設けることにより上記の課題を解決したものである。
【００１０】
その第１の構成は、
上記の波動エネルギーを亜ミリ波帯の電波によって構成するとともに、上記の判別を上記の電波の減衰量の変化にもとづいて行う電波減衰量判別手段
を設けたものである。
【００１１】
また、第２の構成は、
上記の波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波によって構成するとともに、上記の判別を上記の超音波の減衰量の変化にもとづいて行う超音波減衰量判別手段
を設けたものである。
【００１２】
さらに、第３の構成は、
上記の波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波によって構成するとともに、上記の判別を上記の超音波の遅延量の変化にもとづいて行う超音波遅延量判別手段
を設けたものである。
【００１３】
そして、第４の構成は、
上記の波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波によって構成するとともに、上記の判別を上記の超音波の反射量の変化にもとづいて行う超音波反射量判別手段
を設けたものである。
【００１４】
そして、第５の構成は、
亜ミリ波帯の電波または超音波を被検査液体に印加する手段と、前記被検査液体を経た前記電波または超音波を受信する手段と、前記受信した電波または超音波の減衰量、遅延量および反射量の少なくとも一つを検出して前記被検査液体の種別を判定する手段とを具備している。
【００１５】
そして、本発明の液体判別方法は、 
亜ミリ波帯の電波または超音波を被検査液体に印加し、前記被検査液体を透過した電波または超音波を受信してその減衰量、遅延量および反射量の少なくとも一つを検出して前記被検査液体の種別を判別することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
なお、この発明において、亜ミリ波帯の電波とは、ミリメートル波帯のうちの中程度以下の波長からセンチメートル波のうちのミリメートル波に近い波長をもつ電波を指しており、例えば、「２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの電波」を言うものである。
また、この発明において、亜ミリ波帯の超音波とは、上記の波長と同様の波長をもつ超音波を指しており、例えば、「１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波」を言うものである
。
そして、上記の第１の構成によれば、波動エネルギーを亜ミリ波帯の電波で構成しているため、周知のガンダイオードなどの電子的な素子を用いた簡単な回路構成によって目的とする波動エネルギーを発生し得るとともに、装置を小型安価化して、鋭い指向性の波動が得易いほか、予め測定した判別対象の液体による電波の減衰量と、通路に介在させた不明の液体による減衰量とを対比するだけの簡便な構成で、介在させた液体が判別対象とする液体か、他の液体かの判別、例えば、飲料用液体か否かの判別を行うことができ、特に
、液体が飲料用で、合成樹脂材、例えば、ポリエチレン系の合成樹脂材、ガラス、陶器、その他の電波を通す材質の容器に収納されているものの場合に効果を発揮する。
【００１７】
上記の第２の構成によれば、波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波としているため、周知のチタン酸ジルコン酸鉛磁器などの電気ひずみ変換素子を用いた簡単な回路構成によって目的とする波動エネルギーを発生し得るとともに、装置を小型安価化して、鋭い指向性の波動が得易いほか、予め測定した判別対象の液体による超音波の減衰量の変化と、通路に介在させた不明の液体による減衰量の変化とを対比するだけの簡便な構成で、介在させた液体が判別対象とする液体か、他の液体かの判別、例えば、飲料用液体か否かの判別を行うことができ、特に、液体が飲料用で、合成樹脂材、例えば、ポリエチレン系の合成樹脂材の容器のほか、アルミニウムや鉄などの金属材、ガラス、陶器、その他の超音波を通す材質の容器に収納されているものの場合に効果を発揮する。
【００１８】
上記の第３の構成によれば、波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波としているため、上記の第２の構成と同様の簡単な回路構成によって目的とする波動エネルギーを発生し得るとともに、装置を小型安価化して、鋭い指向性の波動が得易いほか、予め測定した判別対象の液体による超音波の減衰にもとづく反射量の変化と、通路に介在させた不明の液体による反射量の変化とを対比するだけの簡便な構成で、介在させた液体が判別対象とする液体か、他の液体かの判別、例えば、飲料用液体か否かの判別を行うことができ、特に、液体が飲料用で、合成樹脂材、例えば、ポリエチレン系の合成樹脂材の容器のほか、アルミニウムや鉄などの金属材、ガラス、陶器、その他の超音波を通す材質の容器に収納されているものの場合に効果を発揮する。
【００１９】
上記の第４の構成によれば、波動エネルギーを亜ミリ波帯の超音波としているため、上記の第２の構成と同様の簡単な回路構成によって目的とする波動エネルギーを発生し得るとともに、装置を小型安価化して、鋭い指向性の波動が得易いほか、予め測定した判別対象の液体による超音波の遅延量の変化と、通路に介在させた不明の液体による遅延量の変化とを対比するだけの簡便な構成で、介在させた液体が判別対象とする液体か、他の液体かの判別、例えば、飲料用液体か否かの判別を行うことができ、特に、液体が飲料用で、合成樹脂材、例えば、ポリエチレン系の合成樹脂材の容器のほか、アルミニウムや鉄などの金属材、ガラス、陶器、その他の超音波を通す材質の容器に収納されているものの場合に効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明を実施するための最良の形態とする構成を以下の実施例１〜実施例４などによ
って説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下、図１〜図４により実施例１を説明する。この実施例１の構成は、上記の第１の構成による液体判別装置１００の構成の実施例であって、上記の第１従来技術の構成と異なる箇所は、第１には、波動エネルギーを２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの電波にして構成した箇所である。
【００２２】
また、第２には、液体の種別を当該液体の介在によって生ずる当該電波の減衰量の変化にもとづいて判別するように構成した箇所である。そして、具体的には、次のように構成したものである。
【００２３】
図１の構成は送信側１０の送波部１２と受信検出側２０の受波部２２との間に形成される波動エネルギーの通路５２に液体３２を介在させていない状態を示し、また、図２の構成はその通路５２に液体３２を介在させた状態を示す。
【００２４】
まず、図１の送信側１０の構成を説明する。送信スイッチ部１３は、通路５２の下方側に配置されていて、常時は、不動作状態側にスイッチされており、図２のように、送信スイッチ部１３の上に、液体３２・容器３１が載せられたときのみ、動作状態側にスイッチされて、送信動作信号１３ａを送信部１１に与え、送信部１１を動作状態にするものであ
って、例えば、マイクロスイッチなどのばね入りスイッチである。
【００２５】
送信部１１は、所定の出力をもつ２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの電波を送波部１２から送信波５１として送波するための送信波形の電気信号を発生する回路であって、例えば、周知のガンダイオードなどの電子的な素子を用いた波動発生回路である。
【００２６】
ここで、この発明において、２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの電波とは、２０ＧＨｚ〜１０
０ＧＨｚのうちの任意の周波数を含む電波を言うものである。つまり、２０ＧＨｚ〜１０
０ＧＨｚの範囲にわたる全ての周波数成分を有する電波を言うものではない。
【００２７】
送波部１２は、送信部１１で発生した送信波形の電気信号を所要の指向性をもつ電波に変換して送波する部分であって、例えば、ホーンアンテナ、すなわち、電磁ラッパである
。
【００２８】
そして、この実施例１では、送信部１１で発生する送信波形を、例えば、図３の送信波５１のように、周波数ｆ１＝５０ＧＨｚの半サイクルに相当する幅ｔ１をもつベースバンドパルスの波形とすることにより、送波部１２から送波されて通路５２に送られる波動エネルギーを５０ＧＨｚの半サイクルの電波にしてある。つまり、幅ｔ１が約３ｍｍであり
、その２倍の約６ｍｍが１サイクルになっている。
【００２９】
次に、図１の受信検出側２０の構成を説明する。受波部２２は、通路５２を通って受波部２２に到達した波動エネルギーの受信波５３を電気信号に変換して受信部２１に与える部分であって、例えば、送波部１２と同様のホーンアンテナである。
【００３０】
受信部２１は、受波部２２から与えられた電気信号を所要の大きさに増幅して得られる電気信号を検出信号２１ａとして判別部２３に与える部分であって、例えば、半導体増幅器を主体にして構成した増幅回路である。なお、この増幅は、所要の増幅範囲において、増幅が直線的に行える増幅、すなわち、リニア増幅になるように構成することが望ましい
。
【００３１】
比較判定部２３は、検出信号２１ａの大きさと、後記の基準部２４から与えられる基準信号２４ａの大きさとを比較して得られる信号を判別信号２３ａとして出力する部分であ
って、例えば、アナログ値による比較回路、または、ディジタル値による比較回路である
。
【００３２】
表示部２５は、判別信号２３ａにもとづいて、所定の表示、例えば、判別した液体の種別を所定のマークまたは文字で表示するとともに、必要に応じて、特定の液体については表示を点滅させ、または、警音を発生するように構成した部分であって、例えば、ＬＥＤによる表示と、ブザーによる警音を行う部分である。
【００３３】
図２において、液体３２は容器３１に入れられており、容器３１は、例えば、ペットボトル、すなわち、薄い肉厚のポリエチレンテレフタレート樹脂の容器であって、液体３２の種別の判別を引火性液体か非引火性液体かを判別するものとする。
【００３４】
ここで、通路５２の長さＬ２の中に液体３２が介在する部分の長さＬ１と送信波５１の周波数ｆ１との関係は、予想される最小の容器３１に対応する長さＬ１の中に、少なくとも、周波数ｆ１の電波の３サイクル〜３０サイクル程度が含まれるように選定してある。また、送波部１２と受波部２２との間の長さＬ２は、予想される最大の容器３１が余裕をもって入れ込める程度の大きさに設定してある。
【００３５】
次に、図２〜図４によって、上記の判別を行う動作について説明する。まず、図２の状態では、送信スイッチ部１３が送信部１１を動作状態にしているので、図３のように、送波部１２から所定の電力による振幅ｈ１をもつ送信波５１が通路５２に送られている。
【００３６】
そして、送信波５１は、通路５２に介在した液体３２・容器３１によって減衰されるが
、容器３１の部分では殆ど減衰されずに、主として液体３２の部分で減衰され、その減衰量は液体３２の種別によって異なることになる。
【００３７】
こうした電波の減衰量は、上記の非特許文献３によれば、伝播定数をｊκ、減衰定数［Ｎ／ｍ］をα、位相定数［ｒａｄ／ｍ］をβとしたとき、
ｊκ＝α＋ｊβ                ……（１）
で表すことができる。
【００３８】
また、誘電率［Ｆ／ｍ］をε、導電率［Ｓ／ｍ］をχ、角周波数をω、真空中での透磁率をμとすると、媒体中での伝播定数κは、
κ2＝−ｊωμ(ｊωε＋χ)  ……（２）
で表すことができる。
【００３９】
これらの（１）、（２）式から、誘電率εと導電率χとは、次の（３）、（４）式により求めることができる。
ε＝（β2−α2）／（μω2）  ……（３）
χ＝２αβ／μω                ……（４）
【００４０】
また、角周波数ωと位相定数βは、その伝播速度をｖとすると、次の（５）式の関係になる。
ｖ＝ω／β      ……  （５）
【００４１】
したがって、ω＞＞０の条件において、（５）式は、（３）、（４）式との関係から、次の（６）式のように表すことができる。なお、以下の数式において、√で示される項は
、√に続く符号の項ついて平方根を求めることを意味するものである。
１／√εμ＝ω／β    …………  （６）
以上の（３）〜（６）式を減衰定数αと位相定数βについて解くと、誘電率εと導電率χから伝播減衰量Ａが求められることになる。
【００４２】
ここで、一般には、誘電率εに代えて比誘電率εｒが用いられており、真空中の誘電率をε0とすると、比誘電率εｒは誘電率εと真空中の誘電率ε0との比で求められる。
【００４３】
また、上記の判別の対象とする液体や合成樹脂などの非金属媒質は、一般に、導電率χが小さいので、高周波の電波を伝播させる場合の伝播減衰量Ａは減衰定数αと等しくなり
、その演算を簡素化して表すと、次の（７）式で表すことができる。
Ａ＝α＝χ／２・√（μ／ε）
＝χ／２・μ／√（ε・μ）
＝４π×１０-7×３０×１０7×χ／２×√εｒ  ……  （７）
【００４４】
さらに、簡略化すれば、伝播減衰量Ａは、次の（８）式で求められることになる。
Ａ＝６０π×χ÷√εｒ    …………  （８）
結局、伝播減衰量Ａは、導電率χと、比誘電率εｒの平方根との比に比例していることになるわけである。
【００４５】
そして、上記の非特許文献４によれば、実験により各種の液体に対して、図４の〔マイクロ波帯の比誘電率・比透磁率・導電率〕ような比誘電率εｒと導電率χとが知られているので、図２の液体３２が淡水の場合の伝播減衰量Ａ１は、次の（９）式の値になり、
Ａ１＝６０π×（１０-2〜１０-3）÷√８１
≒０．２１〜０．０２１                …………  （９）
【００４６】
また、図２の容器３１がポリエチレンの場合の伝播減衰量Ａ２は、次の（１０）式の値になる。
Ａ２＝６０π×（１０-6）÷√２．３
≒０．０００１２４                …………  （１０）
【００４７】
そして、この伝搬減衰量は、実験によれば、図４の〔液体透過実験データ〕により後述するように、含水性液体、例えば、飲料用の水道水の場合には大きい値になり、非含水性液体、例えば、ガソリンの場合には小さい値になることが分かっている。
【００４８】
図２の状態において、送信波５１が通路５２に送られて受信波５３として受波されるまでの経路における電波の減衰量は、概略、図３のように配列されることになり、減衰量は
、主として、液体３２の差異によって大きく変化する。
【００４９】
そして、液体３２が飲料用液体のように、含水性液体、つまり、非引火性液体の場合には、その受信波５３による検出信号２１ａが振幅ａ５のように極度に小さくなり、液体３
２が飲料用液体ではなく、ベンゼンなどの引火性液体、つまり、非含水性液体の場合には
、その受信波５３による検出信号２１ａが振幅ｂ５のように中位以上の大きさで現れることになる。また、常空気中の部分と容器３１の部分とは、その変化に殆ど影響していない
。
【００５０】
こうした変化は、具体的には、実験によれば、送信波５１を連続波とし、受信部２１をスーパーヘテロダイン形式の受信部とした場合に、検出信号２１ａ、例えば、中間周波数信号の電圧の振幅値ＩＦｖが、図４の〔液体透過実験データ〕のように、含水性液体、例えば、飲料用の水道水では５ｍＶｐ−ｐという小さい値になり、非含水性液体、例えば、レギュラーガソリンでは１０〜２０ｍＶｐ−ｐ、灯油では４５ｍＶｐ−ｐという大きな値になっている。
【００５１】
したがって、比較判別部２３に与える基準部２４からの基準信号２４ａのレベルｃ５を振幅ａ５と振幅ｂ５との中間程度に設定しておき、レベルｃ５以上のときのみ、液体３２が飲料用液体ではなく、引火性液体などの危険性のある液体である旨の判別出力２３ａを出力させ、表示部２５にその旨を表示させ、必要に応じて、警音を発することができる。
【００５２】
そして、この実施例１の構成の場合には、波動エネルギーが電波なので、容器３２が合成樹脂材の場合には、容器３２の箇所での波動エネルギーの減衰が少ないため、特に、有効に動作するわけである。
しかし、容器３２が金属材の場合には、容器３２の箇所での波動エネルギーの減衰が大きいので、目的とする動作が行えないものである。
【実施例２】
【００５３】
以下、図５〜図８により実施例２を説明する。この実施例２の構成は、上記の第２の構成による液体判別装置１００の構成であって、上記の実施例１と異なる箇所は、第１には
、送受部１２から通路５２に送る波動エネルギーを１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波によって構成した箇所である。
【００５４】
また、第２には、液体の種別を当該液体の介在によって生ずる当該超音波の減衰量の変化にもとづいて判別するように構成した箇所である。そして、具体的には、次のように構成したものである。
【００５５】
さらに、第３には、超音波の場合には、空気中と容器３１・液体３２の境界面での反射が大きいので、送波部１２と容器３１との間と、容器３１と受波部２２との間とに、これらの間の空気を排除して、超音波の通りを良くするために、それぞれ、ごく柔質で変形し易い水枕状の介在体１２Ａ・２２Ａを介在させるように構成してある。
【００５６】
介在体１２Ａ・２２Ａは、例えば、０．２ｍｍ程度の薄い肉厚のポリエチレン樹脂の袋の中に空気を抜いた液体、例えば、水を封入したものであり、図６のように、容器３１・液体３２を通路５２に介在させた状態では、送波部１２・介在体１２Ａ・容器３１・液体３２・介在体２２Ａ・受波部２２の各間が密着状に形成される構成したものである。
【００５７】
送信部１１は、所定の出力をもつ１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波を送波部１２から送信波５１として送波するための送信波形の電気信号を発生する回路であって、例えば
、周知の半導体トランジスタなどの電子的な素子を用いた波動発生回路に変更してある。
【００５８】
ここで、この発明において、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波とは、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚのうちの任意の周波数を含む超音波を言うものである。つまり、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲にわたる全ての周波数成分を有する超音波を言うものではない
。
【００５９】
送波部１２は、送信部１１で発生した送信波形の電気信号を所要の指向性をもつ超音波に変換して送波する部分であって、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛磁器による振動子を用いた電気音響変換器に変更してある。
【００６０】
そして、この実施例２では、送信部１１で発生する送信波形を、例えば、図７の送信波５１のように、周波数ｆ１１＝２５０ｋＨｚの半サイクルに相当する幅ｔ１１をもつベースバンドパルスの波形とすることにより、送波部１２から送波されて通路５２に送られる波動エネルギーを２５０ｋＨｚの半サイクルの超音波にしてある。つまり、幅ｔ１１が約３ｍｍであり、その２倍の約６ｍｍが１サイクルになっている。そして、長さＬ１・Ｌ２と周波数ｆ１１との関係は、実施例１の場合と同様の構成になるように選定してある。
【００６１】
受波部２２は、超音波の受信波５３を電気信号に変換させるために、例えば、送波部１
２と同様の電気音響変換器に変更してあり、上記以外の箇所は、実施例１と同様の構成にしてある。
【００６２】
したがって、図６の状態での動作は、実施例１の場合と同様の動作を行い、実施例１の伝搬路５２における電波の減衰量が、超音波の減衰量に変更されたことなるわけである。
【００６３】
ここで、上記の非特許文献５によれば、超音波の吸収定数［ｎｅｐｅｒ／ｍ］をαとし
、初めの音の強度Ｉ0がｄｍ先で強度Ｉdに減少するときは、次の（１１）式で表すことができる。
α＝（１／２ｄ）ｌｏｇe（Ｉ0／Ｉd）ｎｅｐｅｒ／ｍ  ……  （１１）
【００６４】
そして、通常の液体では、吸収定数αは周波数ｆの２乗に比例する。そして、実験により図８のような各種の液体での吸収定数αが知られている。
そして、図８によれば、
α＝ｆ-2・１０-13・ｎｅｐｅｒ・ｍ-1・Ｈｚ-2の値が、
例えば、水の場合には０．３３ｎｅｐｅｒ／ｍという小さい値であり、非含水性の液体
、例えば、ベンゼンの場合には８．３ｎｅｐｅｒ／ｍという大きい値になっている。つまり、飲料用液体のような含水性液体の場合には小さく、飲料用液体ではない非含水性液体の場合には大きくなる。
【００６５】
また、容器３１の肉厚はごく薄いので、容器３１の箇所での吸収や反射があったとしても、上記の各液体には無関係に作用するので、送信波５１が通路５２を通って受信波５３として受波されるまでの経路における上記の吸収定数αによる超音波の減衰量は、概略、図７のように配列されることになり、主として、液体３２の差異によって大きく変化する
。
【００６６】
そして、液体３２が飲料用液体の場合あって含水性液体、つまり、非引火性液体の場合には、その受信波５３による検出信号２１ａが振幅ａ１５のようにが中位以上の大きさになり、液体３２が飲料用液体ではなく、非含水性の液体、つまり、ベンゼンなどの引火性液体の場合には、その受信波５３による検出信号２１ａが振幅ｂ１５のようにごく小さくなって現れる。
【００６７】
したがって、比較判別部２３に与える基準部２４からの基準信号２４ａのレベルｃ１５を振幅ａ１５と振幅ｂ１５との中間程度に設定しておき、レベルｃ１５以上のときのみ、液体３２が飲料用液体ではなく、引火性液体などの危険性のある液体である旨の判別出力２３ａを出力させ、表示部２５にその旨を表示させ、必要に応じて、警音を発することができる。
【００６８】
そして、この実施例２の構成の場合には、波動エネルギーが超音波なので、容器３１が金属材の場合、合成樹脂材の場合、いずれの場合でも、容器３２の箇所での波動エネルギ
ーの減衰が少ないため、いずれにも、有効に動作するが、特に、波動エネルギーが電波の場合には利用できない金属材の場合にも、有効に、目的とする動作が行えるという点に特長がある。ここで、容器３１が金属材の場合には、その部分での反射により、受信波５３が小さくので、それを補償し得るように、送信波５１を大きくしておく必要があることは言うまでもない。
【００６９】
なお、この実施例２の場合には、液体３２の温度によって超音波の吸収定数αが相当大きく変化するので、その変化を補正するために、温度検出器、例えば、サーミスターなどで検出した温度信号にもとづいて、受信部２１での増幅量を補正する構成を付加する必要がある。
【実施例３】
【００７０】
以下、図５〜図８により実施例３を説明する。この実施例３の構成は、上記の第３の構成による液体判別装置１００の構成であって、上記の実施例２と異なる箇所は、第１には
、液体の種別の判別を超音波の遅延量γの変化にもとづいて行うように変更した箇所である。
【００７１】
また、第２には、基準部２４からの基準信号２４ａを超音波の遅延量γに対応する基準時間長ｔｓに変更した箇所である。また、第３には、図５・図６に点線で示したように、送信部１１における送信波５１の発生時点ｔｐに対応する時間信号１１ａを比較判別部２
３に与えることにより、図７のように、発生時点ｔｐから検出信号２１ａの受信時点ｔｒまでの時間長ｔｘ、すなわち、遅延量γを基準時間長ｔｓと比較することにより、液体の種別を判別するように変更した箇所である。
【００７２】
ここで、上記の非特許文献５によれば、音速度［ｍ／ｓ］をｃとすると、図８のように
、例えば、水の場合には１５００ｍ／ｓという大きい値であり、非含水性の液体、例えば
、ベンゼンの場合には１２９５ｍ／ｓという小さい値になっている。つまり、飲料用液体のような含水性液体の場合には大きく、飲料用液体ではない非含水性液体の場合には小さくなる。
【００７３】
また、容器３１の肉厚はごく薄いので、容器３１の箇所での音速変化があったとしても
、上記の各液体には無関係に作用するので、送信波５１が通路５２を通って受信波５３として受波されるまでの経路における超音波の所要時間、すなわち、遅延量γは、概略、図７のように配列されることになり、遅延量γは、主として、液体３２の差異によって大きく変化する。
【００７４】
そして、液体３２が水などの非引火性液体の場合には、その受信波５３による検出信号２１ａの受信時点ｔｒまでの時間長ｔｘ、すなわち、遅延量γが遅延量γ２のように小さくなり、液体３２がベンゼンなどの引火性液体の場合には、その遅延量γが遅延量γ１のように大きくなるわけである。
【００７５】
したがって、比較判別部２３に与える基準部２４からの基準信号２４ａの基準時間長ｔｓを遅延量γ１と遅延量γ２との中間程度に設定しておき、基準時間長ｔｓ以上のときのみ、液体３２が飲料用液体ではなく、引火性液体などの危険性のある液体である旨の判別出力２３ａを出力させ、表示部２５にその旨を表示させ、必要に応じて、警音を発することができる。
【００７６】
そして、この実施例３の構成の場合には、上記の実施例２の場合と同様に、波動エネルギーが超音波なので、容器３１が合成樹脂材・金属材、いずれにも、有効に動作し、特に
、金属材の場合にも、有効に、目的とする動作が行えるという点に特長がある。なお、容器３１が金属材の場合には送信波５１を大きくしておく必要があることは、上記の実施例２で述べたとおりである。
【実施例４】
【００７７】
以下、図９〜図１１により実施例４を説明する。この実施例４の構成は、上記の第４の構成による液体判別装置１００の構成であって、上記の実施例２・実施例３の構成と異なる箇所は、第１には、液体の種別の判別を超音波の反射量δの変化にもとづいて行うように変更した箇所である。
【００７８】
また、第２には、図９・図１０のように、図５・図６における送信側１０と受信検出側２０とを下方側に並べて配置するとともに、図５・図６における介在体１２Ａと同様の介在体１２Ｂを送波部１２と受波部２２との上にまたがらせて配置し、介在体１２Ｂの上に容器３１・液体３２を載せるように変更したものである。
【００７９】
さらに、第３には、送信波５１が容器３１の下面部分から液体３２を通って容器３１の上面部分とそれに接した空気の部分との境界３１Ｘで反射して受波部２２に到達して受信波５３として受波されるまでの経路を通路５２Ａとして形成するように変更した箇所である。
【００８０】
そして、第４には、基準部２４からの基準信号２４ａを所定の基準レベルｃ２５の信号にしておき、境界３１Ｘで反射した反射波３１ｒの受信波５３による検出信号２１ａの振幅を基準信号２４ａの基準レベルｃ２５と比較することによって、液体３２が非引火性液体か、引火性液体かを判別するように変更した箇所である。
【００８１】
上記の実施例２での図８によれば、超音波の吸収係数αが、例えば、水の場合には０．
３３ｎｅｐｅｒ／ｍという小さい値であり、非含水性液体、例えば、ベンゼンのような引火性液体の場合には８．３ｎｅｐｅｒ／ｍという大きい値になっている。つまり、超音波は、これらの吸収定数αによって吸収される分だけ減衰されながら通るわけである。
【００８２】
また、容器３１の肉厚はごく薄いので、容器３１の下面側での反射量は、反射波３１ｒに比べて十分に小さく、容器３１の厚さでの吸収による減衰量は、液体３２の箇所での吸収による減衰量に比べて十分に小さいので、送信波５１が通路５２Ａを通って受信波５３として受波されるまでの経路における超音波の減衰量は、主として、液体３２の差異によ
って大きく変化することになる。
【００８３】
つまり、こうした吸収による減衰量の差異と、境界３１Ｘを形成する部分での液体３２
・容器３１・空気という層構成における液体３２の差異による反射率の差異によって、図１１のように、液体３２が飲料用液体で含水性液体の場合には、反射波３１ｒの受信波５
３による検出信号２１ａの振幅が振幅ａ２５のように大きくなり、液体３２が飲料用液体ではなく、ベンゼンなどの引火性液体の場合には、その振幅が振幅ｂ２５のように小さくなるわけである。
【００８４】
したがって、比較判別部２３に与える基準部２４からの基準信号２４ａの基準レベルｃ２５を振幅ａ２５と振幅ｂ２５との中間程度に設定しておき、基準レベルｃ２５以下のときのみ、液体３２が飲料用液体ではなく、引火性液体などの危険性のある液体である旨の判別出力２３ａを出力させ、表示部２５にその旨を表示させ、必要に応じて、警音を発することができる。
【００８５】
そして、この実施例４の構成の場合には、上記の実施例２の場合と同様に、波動エネルギーが超音波なので、容器３２が合成樹脂材・金属材、いずれにも、有効に動作し、特に
、金属材の場合にも、有効に、目的とする動作が行えるという点に特長がある。なお、容器３１が金属材の場合には送信波５１を大きくしておく必要があることは、上記の実施例２で述べたとおりである。
【００８６】
〔変形実施〕
この発明は次のように変形して実施することを含むものである。
（１）各実施例における送信波５１の波形を、１つのサイクル、すなわち、モノサイクル、または、複数サイクルの波形に変更して構成する。
（２）各実施例における送信波５１の波形を、連続波の波形、または、所定の周波数ｆ０で振幅変調した波形、もしくは、所定の周波数範囲に亙って周波数を掃引した波形、すなわち、チヤープ変調波形に変調して構成する。
なお、上記の振幅変調した波形による構成では、検波後の増幅を交流増幅で行えるので
、Ｓ／Ｎ比のよい増幅が行えるという特長がある。
また、チヤープ変調波形による構成では、液体３２の種別が周波数によって影響を受けることを利用した判別が得られるという特長がある。
（３）送信スイッチ部１３を容器３１・液体３２の重さで動作させている箇所を、送信スイッチ部１３を手動で操作するスイッチ、例えば、押しボタン型のスイッチに変更して構成する。
【００８７】
（４）上記（２）の構成において、送信スイッチ部１３を送信部１１の適宜の箇所、例えば、操作パネルに配置して構成する。
（５）実施例４の配置に、超音波の減衰量の変化で判別する上記の第２の構成を適用し得るように変更し、または、超音波の遅延量の変化で判別する上記の第３の構成を適用し得るように変更する。これらの適用が可能であることは、図１１の動作構成から容易に理解し得るところである。
（６）各実施例における表示部２５での表示と警音とを、液体３２が非引火性液体の場合のみ、表示を行い、必要に応じて警音を発生するように変更して構成し、または、引火性液体の場合と非引火性液体の場合とを識別可能な表示、例えば、色分けなどの表示を行い、必要に応じて、警音を識別可能な警音、例えば、音色または断続の異なる警音などで行うように変更して構成する。
（７）比較判別部２３・基準部２４・表示部２５をディジタル信号による回路構成、または、マイクロコンピュータを用いた構成に変更して構成する。
（８）実施例１における容器３１の材質をガラス、陶器、その他の電波を通す材質に変更して構成する。
（９）実施例２〜実施例４における容器３１の材質をガラス、陶器、その他の超音波を通す材質に変更して構成する。
（１０）各実施例において、異なる複数の材質による容器３１に入った液体３２の判別を行えるように構成するために、容器３１の材質に対応して、送信波５１の大きさまたは基準信号２３ａのレベルの大きさもしくはその両方を切換られるように構成する。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
この発明による液体判別装置は、交通機関における飲料用液体の持ち込みに似せて、非含水性の引火性液体を秘匿持ち込みされたことによる火災発生事故などを未然に防止するために、乗客が持ち込むペットボトル入り、缶入り、ガラス容器入り、陶器入りなどの液体を確認検査するための装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
図１〜図１１は、この発明の実施例を示し、各図の内容は次のとおりである。
【図１】実施例１の不動作状態における全体ブロック構成図
【図２】実施例１の動作状態における全体ブロック構成図
【図３】実施例１の判別動作構成図
【図４】電波の特性図
【図５】実施例２・実施例３の不動作状態における全体ブロック構成図
【図６】実施例２・実施例３の動作状態における全体ブロック構成図
【図７】実施例２・実施例３の判別動作構成図
【図８】超音波の特性図
【図９】実施例４の不動作状態における全体ブロック構成図
【図１０】実施例４の動作状態における全体ブロック構成図
【図１１】実施例４の判別動作構成図
【符号の説明】
【００９０】
１０    送信側
１１    送信部
１１ａ  時間信号
１２    送波部
１３    送信スイッチ
１３ａ  送信動作信号
２０    受信検出側
２１    受信部
２１ａ  検出信号
２２    受波部
２３    比較判別部
２３ａ  判別信号
２４    基準部
２４ａ  基準信号
２５    表示部
３１    容器
３２    液体
５１    送信波
５２    通路
５３    受信波
Ｌ１    介在部分の長さ
Ｌ２    通路の長さ
【図１】
2006017614.tif 000003
【図２】
2006017614.tif 000004
【図３】
2006017614.tif 000005
【図４】
2006017614.tif 000006
【図５】
2006017614.tif 000007
【図６】
2006017614.tif 000008
【図７】
2006017614.tif 000009
【図８】
2006017614.tif 000010
【図９】
2006017614.tif 000011
【図１０】
2006017614.tif 000012
【図１１】
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